[发明专利]一种基于混合储能单元的无刷直流电机系统控制方法

权利要求书

1.一种基于混合储能单元的无刷直流电机系统控制方法，其特征在于：方法包括如下步骤：

1)采用蓄电池、电解电容C、双向功率开关管、第一功率MOS管、第二功率MOS管、超级电容SC设计构建了一个混合储能单元，第一功率MOS管和第二功率MOS管串联后和电解电容C一起并联到蓄电池的两端，第一功率MOS管的漏极连接到蓄电池的正极，双向功率开关管和超级电容SC串联后并联到第一功率MOS管的两端；第二功率MOS管和蓄电池的负极之间引出作为混合储能单元输出的负极端，双向功率开关管和超级电容SC的正极之间引出作为混合储能单元输出的正极端，混合储能单元输出的两端连接至三相逆变器的输入两端，三相逆变器的输出端连接无刷直流电机的三相绕组；

2)当电机处于制动状态时，

根据混合储能单元和三相逆变器中功率管的开关状态对无刷直流电机输入线电压的作用构建两种制动矢量，通过两种制动矢量的共同作用，实现制动转矩控制的同时将制动能量回馈至超级电容SC；

所述步骤2)具体为：

2.1)构建两种制动矢量是：当混合储能单元中的双向功率开关管导通，且三相逆变器中处于无刷直流电机正向导通相上的下桥臂功率管和处于无刷直流电机负向导通相上的上桥臂功率管导通，且混合储能单元和三相逆变器中的其余功率管均关断时，形成的电压矢量作为制动第一矢量V_z,b1；当混合储能单元中第二功率MOS管导通，且混合储能单元和三相逆变器中的其余功率管均关断时，形成的电压矢量作为制动第二矢量V_z,c0；

2.2)两种矢量的共同作用满足如下关系：

d_z,b1u_b+(d_z,b1-1)u_sc＝2R_sI-2E

其中，d_z,b1为制动第一矢量V_z,b1作用的占空比，u_b为蓄电池电压，且蓄电池电压的大小等于无刷直流电机额定电压u_N，u_sc为超级电容电压，R_s和E分别为无刷直流电机的相电阻和相反电势，I为无刷直流电机的相电流幅值；

3)当电机处于电动状态时，

根据混合储能单元和三相逆变器中功率管的开关状态对电机输入线电压的作用构建四种电动矢量：

当电机处于电动加速运行时，通过其中不同电动矢量的共同作用实现蓄电池和超级电容功率分担控制，

当电机处于电动恒速运行时，通过其中不同电动矢量的共同作用实现换相阶段的转矩波动抑制；

所述步骤3)具体为：

3.1)构建四种电动矢量是：

当混合储能单元中双向功率开关管导通，且三相逆变器中处于无刷直流电机正向导通相上的上桥臂功率管和处于无刷直流电机负向导通相上的下桥臂功率管导通，其余功率管关断时，形成的电压矢量作为电动第一矢量V_m,b1；

当混合储能单元中第二功率MOS管导通，且三相逆变器中处于无刷直流电机正向导通相上的上桥臂功率管和处于无刷直流电机负向导通相上的下桥臂功率管导通，且混合储能单元和三相逆变器中的其余功率管均关断时，形成的电压矢量作为电动第二矢量V_m,c1；

当混合储能单元中第一功率MOS管导通，且三相逆变器中处于无刷直流电机正向导通相上的上桥臂功率管和处于无刷直流电机负向导通相上的下桥臂功率管导通，且混合储能单元和三相逆变器中的其余功率管均关断时，形成的电压矢量作为电动第三矢量V_m,s1；

当三相逆变器中只有处于无刷直流电机正向导通相上的上桥臂功率管导通或者只有处于无刷直流电机负向导通相上的下桥臂功率管导通，且三相逆变器中其余功率管关断时，不论混合储能单元中功率管的开关状态如何，形成的电压矢量作为电动第四矢量V_m,0；

3.2)电机加速运行时，不同矢量的共同作用满足如下关系：

当无刷直流电机正向导通相和负向导通相之间的线电压u_pn≤d_maxu_b时，采用电动第一矢量V_m,b1和电动第四矢量V_m,0共同作用且满足：

u_pn＝d_m,b1u_b＝2E+2R_sI

其中，d_max为加速过程中限制蓄电池输出电流大小的约束占空比，且d_max＝I_bat,max/I，I_bat,max为蓄电池最大输出电流，u_b为蓄电池电压，且蓄电池电压的大小等于无刷直流电机额定电压u_N，d_m,b1为电动第一矢量V_m,b1的占空比，R_s和E分别为无刷直流电机的相电阻和相反电势，I为无刷直流电机的相电流幅值；

当u_pnd_maxu_b时，采用电动第一矢量V_m,b1、电动第三矢量V_m,s1和电动第四矢量V_m,0共同作用且满足：

u_pn＝d_maxu_b+d_m,s1u_sc＝2E+2R_sI

其中，d_m,s1为电动第三矢量V_m,s1的占空比，u_sc为超级电容电压；

当u_pnd_max(u_b+u_sc)时，采用电动第三矢量V_m,s1、电动第二矢量V_m,c1和电动第四矢量V_m,0共同作用且满足：

u_pn＝d_maxu_b+(d_max+d_m,c1)u_sc

其中，d_m,c1为电动第二矢量V_m,c1的占空比；

3.3)电机恒速运行时，在换相阶段采用电动第三矢量V_m,s1和电动第四矢量V_m,0共同作用且满足：

2d_m,s1(u_b+u_sc)＝4E+3R_sI+u_b+u_sc。